基于 Ractor 模型优化事务复制回放性能

一、背景

当备库回放事务时，多个互相不依赖的事务可以并发回放，本方法主要用于解决多个可并发回放的事务的并发回放问题。通过并发的多个扫描线程实现并发对事物回放队列进行扫描，生成多个可以并发回放的事物，并且通知回放线程进行并发的回放。

二、数据结构设计

备库的事物数据按照事物 ID 分段存储到备库的事物数据队列中，参考如下图 1；根据事物 ID 为 UUID 完全无序的特性，可以对 UUID 进行事物 ID 分段并发扫描。将事物 ID UUID 分段后，交给多个扫描线程协程，每个扫描线程负责某个 UUID 分区进行多个扫描线程并发扫描，扫描可回放的事物。

三、线程生命周期

当扫描线程发现可回放的事物后，会将事物 ID 加入 txnList 执行 enqueu 操作，加入事物 ID 后，扫描线程会执行 notify 操作，唤醒正在睡眠的回放线程进行事务回放操作，示意图参考如下图 2。

回放线程协程的生命周期如下如图 3，回放线程刚启动后处于睡眠状态，当有事务回放时，会被随机唤醒。被唤醒的回放线程协程会执行事务回放任务，并且清理事务的依赖关系。

当发现可回放的事务时，如果发现可回放的事务数等于 1，则由当前协程进行回放减少一次 CPU 切换的开销；当发现多余 1 个可回放事务时，回放线程协程会将除去第一个的可回放事务，加入 txnList 唤醒其他协程进行事务回放，以实现更好回放的并发性能。

四、并发切换问题

在采取了并发清理时，因为 CPU 切换的问题，需要处理重复发现的可回放事务，对重复发现相同的事务 ID 进行防御性幂等处理，如下图 4。因此，需要对每个可回放事务引入 txnIDSet 进行幂等处理。

五、如何判断回放是否结束

因为采取了并发扫描以及并发回放，所以需要在全部可回放事务全部回放结束后，结束回放的流程，在此给出回放结束的定义。

当可回放事务全部回放结束后，认为回放结束。可回放事务分为 3 类，过去发现的可回放事务/现在发现的可回放事务/将来发现的可回放事务。

过去发现的可回放事务都会被加入到 txnList 中，现在发现的可回放事务正在由回放线程进行回放，将来发现的可回放事务是由扫描线程扫描 UUID 进行发现的。

过去发现的事务回放结束的条件为 txnList 为空；
现在发现的事务回放结束的条件为所有的 workerStatus 总和为 0；
将来发现的事务回放结束的条件为所有的扫描线程，GatherAll 扫描可回放事务无法发现。

六、性能调优

根据 CPU 数量，可通过动态调整扫描线程和回放线程的回放协程数量，以合理分配两组协程的负载。这样做可以充分利用多核处理器的性能，并提高系统的吞吐量和响应能力。